Гидравлическое сопротивление и потери напора при движении жидкости

Уравнение Бернулли для потока жидкости

Общий вид уравнения Бернулли для потока жидкости можно записать в виде:

 

z + p/γ +α v²/(2g) + h_пот = const

z– геометрическая высота, или высота положения;

p/γ – пьезометрическая высота или высота гидродинамического давления;

v²/(2g) – высота, соответствующая скоростному напору;

h_пот – высота, соответствующая потерям напора.

 

Коэффициент αучитывает влияние неравномерности распределения скоростей по сечению на удельную кинетическую энергию потока, вычисленную по средней скорости. Коэффициент α называют коррективом кинетической энергии или коэффициентом Кориолиса.

 

Практический и энергетический смысл уравнения Бернулли. Все члены уравнения выражаются в единицах длины, поэтому каждый из них может называться высотой:

 

 

Следовательно, геометрический смысл уравнения Бернулли может быть сформулирован так:

 

при установившемся движении жидкости сумма четырех высот (высоты положения, пьезометрической высоты, высоты, соответствующей скоростному напору, и высоты, соответствующей потерям напора) остается неизменной вдоль потока.

 

Кроме того, каждый из членов уравнения Бернулли выражает удельную энергию потока, т.е. энергию, приходящуюся на единицу веса движущейся жидкости:

z –удельная энергия положения;

p/γ – удельная энергия гидродинамического давления;

v²/(2g) – удельная кинетическая энергия;

h_пот – потери удельной энергии.

 

Энергетический смысл уравнения Бернулли можно сформулировать следующим образом:

 

при установившемся движении жидкости сумма четырех удельных энергий (энергии положения, энергии гидродинамического давления, кинетической энергии и потерь энергии) остается неизменной вдоль потока.

 

Падение напорной линии на единицу длины называется гидравлическим уклоном iи характеризует потери напора на единицу длины.

 

 

На основании уравнения Бернулли сконструированы такие приборы, как водомер Вентури, водоструйный насос, эжектор, гидроэлеватор и пр.

Виды сопротивлений (потерь напора).

В протяженных трубопроводах становятся существенными потери напора за счет трения жидкости о стенку трубы, приводящие к превращению части механической энергии в теплоту.

 

Эта часть потерь напора называется потерями напора по длине трубы (линейные потери).

 

К потерям напора приводят также повороты, резкие сужения, расширения и другие изменения геометрии трубы, способствующие вихреобразованию. Эти препятствия потоку называются местными сопротивлениями.

 

Потери напора на трение по длине труб определяют по формулам:

 

h_l = il;

h_l = Sq²_р = Alq²_р,

где l — длина расчетного участка трубопровода данного диаметра, м; S — гидравлическое сопротивление трубопровода; q_p — расчетный расход воды на участке трубопровода, л/с; А — удельное сопротивление трубы; i — гидравлический уклон.

 

Потеря напора на единицу длины тем больше, чем меньше диаметр и больше расход воды.

 

Для стальных и чугунных труб гидравлический уклон определяют по СНиП при скорости движения воды V > 1,2 м/с: i = 0,001735q²/d^5,3

при малых скоростях V < 1,2 м/с i = 0,001712 q²/d^5,3[1 + 0,867/х]⁰'³.

Для пластмассовых труб i = 0,00105 q¹_'⁷⁷⁴/d^4,774

Местные потери напора в соединениях труб, фасонных частях, арматуре определяют в зависимости от средней скорости движения воды на расчетном участке и коэффициентов местных сопротивлений по формуле